【正文】 脈沖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 23 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 寫 數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =L, DO~D7=數(shù)據(jù) ， E=H 高脈沖 輸出： 無(wú) 作為顯示用的芯片，通常對(duì)其進(jìn)行寫操作， 1602 液晶寫操作時(shí)序圖如圖 44 所示。 在 INTR 變?yōu)榈碗娖胶?，?CS、 RD 同時(shí)來(lái)低電平，則數(shù)據(jù) 鎖存器 的 三態(tài)門打開(kāi)， 把 數(shù)字信號(hào)送出， 此時(shí)直接讀取 數(shù)字端口數(shù)據(jù)，便可得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。 第三部分是供電。由 于并行通信存在使用傳輸線較多，長(zhǎng)距離傳送 成本高且收、發(fā)方的各位同時(shí)接受存在困難等 諸多 問(wèn)題，所以在現(xiàn)代單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。液晶 3 端通過(guò)接一個(gè) 10K 電位器接地來(lái)調(diào)節(jié)顯示對(duì)比度。 VIN(+) VIN() —— 差動(dòng)模擬電壓輸入 。 M0S 管 Q1 控制著充電電路， 當(dāng) 充電控制 信號(hào) PWM 為低電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零， 右側(cè)三極管不導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān) “斷開(kāi) ”，輸出端 K1 被抬高，電阻 R9 右側(cè)被穩(wěn)壓管 D2 穩(wěn)壓到 12V左右， MOSEFT 的 Vgs0， MOS 管 Q1 開(kāi)啟，太陽(yáng)能極板開(kāi)始對(duì)蓄電池充電； 當(dāng) 充電控制器信號(hào) 為高電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā) 光二極管發(fā)光， 三極管導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān) “接通 ”，此時(shí)從 U2 輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端， K1 處的電壓接近為零，MOSEFT 的 Vgs0， Q1 截止，充電電路關(guān)斷 。 蜂鳴器報(bào)警 電路 圖如圖 36 所示 。 電路中 C C7 是反饋電容，其值在 5pF~30pF 之間選取 ， 本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的 振蕩 頻率輸出脈沖，可 作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。 同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 硬件電路 主 要由以下幾部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng) 、 充放電電路、光耦驅(qū)動(dòng)電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、 LCD 顯示電路、 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、串口通信電路 等。 PWM 調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。依據(jù)這些影響因素，分析蓄電池常見(jiàn)充放電方式局限性，對(duì)充放電方式進(jìn)行了一定的改進(jìn)。 在這個(gè)過(guò)程中，光電池本身不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)磨損，因此使用太陽(yáng)能電池的過(guò)程中沒(méi)有噪聲，沒(méi)有環(huán)境污染，這是其他方式發(fā)電所不能比擬的。 所以，如何改善太陽(yáng)充控制器的充放電方式，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的 充放電 控制器，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的效率， 成為了一個(gè)重要的研究方面 。全國(guó)各地的年太陽(yáng)輻射總量 3340． 8400MJ／ m2，中值為 5852MJ／ m2。 伴隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，石油價(jià)格不斷上漲，利用常規(guī)能源已經(jīng) 不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要，如何解決能源問(wèn)題，是每個(gè)國(guó)家都必須面臨的問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)針對(duì)目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)充電控制器對(duì)蓄電池的充放電控制不合理，同時(shí)保護(hù)也不夠充分，使得蓄電池的壽命縮短這種情況，研究確定了一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能充電控制器的方案。而太陽(yáng)能則 不同，任何自家用戶只要找到一個(gè)有陽(yáng)光照射到的窗戶都可以裝置太陽(yáng)能極板作輔助能源，幾百元投資便可以架設(shè)。 太陽(yáng)能充放電控制器現(xiàn)狀 （ 1） 太陽(yáng)能光伏發(fā)電 太陽(yáng)能作為新能源有著巨大的優(yōu)勢(shì)，所以世界各國(guó)都在努力研發(fā)新技術(shù)進(jìn)行獲取，比較成熟的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。 （ 4）當(dāng)蓄電池處于浮充充電狀態(tài) 時(shí)電壓值控制在 左右。分析可知，蓄電池的充電過(guò)程和放電過(guò)程是可逆的。 這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。 控制器的 整體設(shè)計(jì)方案 通過(guò)對(duì) 應(yīng)用實(shí)例的分析，更加明確太陽(yáng)能充電控制器的在系統(tǒng)中重要性和作用，同時(shí)山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 6 依照其功能要求和改進(jìn)的控制策略，最后確定了整體設(shè)計(jì)方案。 VCCGNDPWMFUZAI充放電模塊充放電電路 .SchDocVCCGNDPWMFUZAIAD[0..7]CSADWRRD2728TXDRXD控制器和顯示模塊STC 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .SchDocVCCGNDAD[0..7]CSADWRRDAD 模塊AD 轉(zhuǎn)換 .SchDocVCCGNDSCKSDA數(shù)據(jù)保存模塊E2PROM 存儲(chǔ)電路 .SchDocVCCGNDPCRXDPCTXD串口調(diào)試模塊RS232 串口通信 .SchDoc圖 31 系統(tǒng) 原理圖 最后通過(guò)通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。 （ 2） 編程控制引腳。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào) (PSEN )是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 本系統(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而且 MOSFET 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時(shí)間，因而開(kāi)關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開(kāi)關(guān)。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用到較多，本 設(shè)計(jì)采用 8 位并 行A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0804。單片機(jī) 的 引腳，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選； RD、 WR 分別接單片機(jī)的 和 引腳，進(jìn)行讀寫控制； CLK、 CLKR、 GND 之間用電阻和電容構(gòu)成 RC 振蕩電路，用來(lái)給 ADC0804 提供工作所需的脈沖。 AT24C02 可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問(wèn)題，可對(duì)所存在數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達(dá) 10 萬(wàn)次以上。 其 主要特點(diǎn)： （ 1） 符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ 2） 只需要單一 +5V 電源供電 （ 3） 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V （ 4） 功耗低，典型供電電流 5mA （ 5） 內(nèi)部集成 2 個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器 （ 6） 內(nèi)部集成兩個(gè) RS232C 接收器 （ 7） 高集成度，片外最低只需 4 個(gè)電容即可工 作。 CAP 1+1RRIN28CAP6CAP 25CAP 13CAP +2CAP 2+4RTOUT27ROUT29TIN210TIN111ROUT112RRIN113RTOUT114GND15VCC16U6MAX232C12CapC11CapC14CapC13CapVCC(+5v)TXDRXD162738495J1DB9C10Cap 圖 315 串口通信電路 本章對(duì)充放電控制器的原理以及具體的硬件實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過(guò)閱讀可以清晰的明白控 制器的設(shè)計(jì)思 路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。軟件設(shè)計(jì)中 AD 轉(zhuǎn)換模塊的流程圖 如圖 43 所示。 （ 4） 給使能端 E 一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入到液晶控制器，完成寫操作。 sda=0。下面以啟動(dòng)信號(hào)為例進(jìn)行介紹。//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 了解液晶 1602 的基本操作時(shí)序，讀懂其操作時(shí)序圖，是對(duì)其讀寫 操作 的 關(guān)鍵。 圖 42 ADC804 時(shí)序圖 如圖， 當(dāng) CS 與 WR 同時(shí) 置低， 為低電平 時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng) ，且 在 WR 上升沿后，經(jīng)過(guò) 約 100 uS 后， 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí)， INTR 自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束。 TTL/CMOS 電平從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 電平從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦DB9插頭； DB9插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、R2OUT 輸出。 通信有并行和串行兩種方式。 EN 使能端接單片機(jī)的 引腳，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選； RS 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇； R/W 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行讀寫控制； 為防止直接加 5V 電壓燒壞背光燈，在 15 腳串接一個(gè) 10 的電阻用于限流。 圖 39 ADC0804 引腳圖 CLK IN— 時(shí)鐘信號(hào)輸入端 CLK R： 內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的外接電阻端 ， 與 CLK 配合 可有芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（ ） INTR — 中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出 ,端， 低地平動(dòng)作 .，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。 光耦驅(qū)動(dòng)電路如圖 38 所示。 在對(duì)蓄電池電壓 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè) 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便 啟動(dòng)自身報(bào)警電路，即當(dāng) 電壓 超過(guò) 程序 設(shè)定的最高 值 或最低 值 時(shí)， 單片機(jī)的 引腳 (beep 端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導(dǎo)通， 驅(qū)動(dòng) 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 時(shí)鐘電路如圖 33 所示。在 flash 編程時(shí)，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 7 3 太陽(yáng)能充電控制器的 硬件電路設(shè)計(jì) 在整體方案的指導(dǎo)下，依據(jù)工程設(shè)計(jì)的常見(jiàn)思路，本論文從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方法去進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。充電脈沖使 蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間 重新化合而被吸收掉，從而 減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。根據(jù)蓄電池的工作原理，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，影響鉛酸蓄電池壽命的主要因素有：充電電壓的設(shè)置、過(guò)放控制點(diǎn)的設(shè)置、溫度、運(yùn)行環(huán)境等。光照在半導(dǎo)體 P/N 結(jié)上， 就會(huì)在其兩端產(chǎn)生光生電壓， 當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。 另一方面， 當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時(shí)， 由于控制器不能 時(shí)刻檢測(cè)蓄電池 的電壓，這樣很容易發(fā)生蓄電池的過(guò)放電，將會(huì)導(dǎo)致蓄電池的深度放電， 嚴(yán)重影響其壽命。 我國(guó)幅員遼闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) III 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................ 1 課題研究背景和意義 ......................................................................................... 1 太陽(yáng)能充放電控制器現(xiàn)狀 .................................................................................. 1 設(shè)計(jì)主要任務(wù) ................................................................................................... 2 2 太陽(yáng)能充電控制器的總體設(shè)計(jì)方案 .............................................................................. 3 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) .................................................................................. 3 充電控制器的控制策略 ..................................................................................... 4 控制器的整體設(shè)計(jì)方案 ..................................................................................... 5 3 太陽(yáng)能充電控制器的硬件電路設(shè)計(jì) .............................................................................. 7 系統(tǒng)層次原理圖 ................................................................................................ 7 單片機(jī)最小系統(tǒng) ................................................................................................ 7 STC89C52 的簡(jiǎn)介 ................................................................................... 7 單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路 ................................................................ 9 充放電電路 .......